国产1860级低松弛预应力钢绞线疲劳性能研究_马林
1860MPa级1×7-15.20预应力钢绞线半成品钢丝质量控制
________________________________________又和舍________________________________________Doi:10.3969/j.issn.l006-110X.2018.z l.0131860M P a级1x7-15.20预应力钢绞线半成品钢丝质量控制李振兴(天津钢铁集团有限公司金属科技公司，天津300301)[摘要]预应力钢绞线半成品钢丝的质量控制主要从以下几点着手:盘条抗拉强度优选为1150~ 1220MPa，严格控制网状渗碳体组织出现;盘条酸洗液的盐酸浓度〇)(HCl)为4%~18%;磷化液总酸度80~120点，游离酸度8~10点，磷化温度6^C~75t，磷化时间2~4分钟;拉丝工艺采用9道次拉拔，各道次压缩率小于23%，拉丝模具工作锥角度为9° ~16°，定径带为0.1~0.4d，拉丝模具盒的水温不大于30^C，拉丝卷筒温度40^C以下。
[关键词]预应力钢绞线;钢丝;拉拔;润滑；冷却Quality Control of Semi-finished Steel Wire for 1860MPa Grade 1 x7-15.20 Prestressed Steel StrandLI Zhen-xing(Metal Technology Company,Tianjin Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Tianjin300301, China)Abstract The quality control of semi-finished steel wire of prestressed steel strand mainly starts fromthe following points:t he excellent tensile strength of wire rod is1150〜1220MPa，the appearance ofnetlike cementite is strictly controlled,the hydrochloric acid concentration w(HCl)for is4%〜18%，the total acidity of the phosphating solution is80〜120points,the fe e acidity is8〜10points，the phosphating temperature is65t〜75t，the phosphating time is2〜process is9times drawing,the compression ratio of each pass is less than23%, the working of the drawing die is9° 〜16°，the length of sizing bench equals to the10%〜40%of the bore diameterof die,the water temperature of the drawing die box is not more than30t,and the drawing drum temperature is below40t.Key words prestressed steel strand,steel wire,drawing,lubrication,cooling〇引言预应力混凝土用钢绞线是我国金属制品行业 一种关键产品，主要用于大跨度桥梁、高速公路、城 市立交桥、铁路、高层建筑等重要工程。
腐蚀钢绞线预应力混凝土梁的弯曲疲劳性能退化特征
腐蚀钢绞线预应力混凝土梁的弯曲疲劳性能退化特征李富民;杨俊;施小飞【摘要】采用与实际氯盐环境腐蚀效果更为接近的内掺盐加速腐蚀方式，制作4根不同掺盐率的钢绞线预应力混凝土梁试件并放置90 d以产生不同程度的腐蚀，然后对腐蚀梁试件进行疲劳加载直至出现断丝破坏，其中在每1×105次疲劳作用后进行1次静力加载试验，以考察疲劳破坏、疲劳寿命退化以及弯曲刚度退化等特征。
结果表明：钢绞线表现出典型的坑蚀特征；坑蚀钢丝在疲劳作用下会出现多个疲劳裂纹，其中1个裂纹最终发展至瞬断而成为梁疲劳破坏的标志；钢丝疲劳断口呈现出典型的宏观脆性断口特征，断口表面清晰可见蚀坑区、疲劳断裂区及瞬断区；梁的疲劳寿命随掺盐率增加呈指数函数关系退化；疲劳作用导致腐蚀梁的荷载‐挠度曲线由前、后2个刚度不同但都近似呈直线的区段组成；氯盐作用和疲劳作用愈强，二者叠加引起梁的刚度退化也愈显著。
%T he accelerated corrosion method of mixing salt into concrete w hich had a similar corrosion result with the situation of actual chloride environment was used . Four prestressed concrete beams with steel strands and different salt contents were fabricated and placed for 90 d to achieve different corrosion degrees .Then the corroded specimens were loaded in fatigue until to failure with one steel wire fracturing ,and a static loading test was executed after every 1 × 105 times fatigue loading .Based on the experiment ,the characteristics of fatigue failure ,fatigue life degradation and flexural rigidity degradation were studied . The results show that the steel strands are corroded in typical pitting appearance .M ultiple fatigue cracks appear on the pitting corroded wires under the action of fatigue ,and one of themdevelops to fracture ultimately and marks the failure state .The fatigue fractures of wires show typical macro‐brittle characteristic . The pitting corrosion region ,fatigue fracture region and final fracture region are presented clearly in the fatigue fractures .The fatigue life degenerates in the exponential function law with the increase of salt content .For the influence of fatigue action ,the load‐deflection curve of corroded beam is changed to be composed with two approximate straight lines with different slopes .The stronger the chloride action and fatigue action are ,the more prominent the rigidity of the beam degenerates .【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】8页(P22-29)【关键词】预应力混凝土梁;钢绞线;耐久性;氯盐环境;腐蚀;疲劳;弯曲刚度【作者】李富民;杨俊;施小飞【作者单位】中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室，江苏徐州 221116;中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室，江苏徐州 221116;中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室，江苏徐州 221116; 南通航运职业技术学院交通工程系，江苏南通226010【正文语种】中文【中图分类】TU378预应力混凝土结构在强度、刚度、抗裂性、疲劳性等方面具有特殊优势，因而广泛用于土木工程结构中。
混凝土预应力梁锚索施工技术应用
混凝土预应力梁锚索施工技术应用摘要：在水利工程在闸墩之间通常设置大跨度梁系结构。
梁系结构主要包括轨道梁及交通梁，轨道梁上安装轨道和门机，作为后期事故闸门安装及检修的设备。
受吊装条件限制，受力较大的大跨度门机轨道梁采用混凝土预应力梁进行安装。
为高质量保障梁系结构的整体质量及施工进度，根据梁系结构体系，门机轨道梁为预应力钢筋混凝土结构，主要施工项目主要包括：台座浇筑，钢筋、波纹管及埋件安装，侧模、端模安装、混凝土浇筑、养护、等强，钢绞线束下料、穿索、张拉、孔道灌浆、封锚混凝土浇筑、支座安装、门机轨道梁吊装等。
其中锚索施工为预应力梁施工核心工程，本应用主要以门机轨道梁来阐述锚索施工技术在混凝土预应力梁施工中的应用。
关键词：混凝土预应力梁波纹管钢绞线穿索张拉封锚1.工程概况白鹤滩大坝采用椭圆型混凝土双曲拱坝，坝身从下往上有6个导流底孔、7个泄洪深孔、6个泄洪表孔。
泄洪孔口按水舌“纵向分层起跃，横向充分扩散，空中碰撞消能，分散入水”的原则进行布置。
大坝1#~6#表孔分别位于15#~21#坝段，为开敞式溢洪道，对称于溢流中心线布置。
根据关设计图纸，1#~6#表孔溢流中心线分别对应与15#~20#横缝基本重合，即一个表孔分别位于两个坝段内，单个坝段中间为表孔闸墩，闸墩两侧分别为不同体型表孔。
坝顶门机平台梁布置于闸墩上游顶部的台口内，每跨均包含6根门机轨道梁，9根交通梁及2根合用沟梁，其中门机轨道梁为预应力钢筋混凝土结构，交通梁及合用沟梁为钢筋混凝土结构。
门机轨道梁为预应力钢筋混凝土结构，主要施工项目主要包括：台座浇筑，钢筋、波纹管及埋件安装，侧模、端模安装、混凝土浇筑、养护、等强，钢绞线束下料、穿索、张拉、孔道灌浆、封锚混凝土浇筑、支座安装、门机轨道梁吊装等。
本应用主要以门机轨道梁来阐述混凝土预应力梁制作中相对难点的锚索施工部分技术应用。
2.预应力梁锚索施工工艺坝顶门机轨道预应力梁锚索施工具体施工工序见图1。
预应力钢绞线疲劳性能研究
预应力钢绞线疲劳性能研究雷欢;邹易清;覃巍巍;苏韩;韦耀淋【摘要】疲劳性能作为衡量桥梁拉索性能的重要指标,对拉索的安全裕度与使用寿命有着重大的影响.母材疲劳性能作为拉索疲劳性能的关键影响因素之一,研究钢绞线疲劳性能的影响因素,从而提升拉索疲劳性能具有重要的实际意义.结合以往经验,针对钢绞线疲劳应力幅、锚固方式及钢绞线表面状态这三个疲劳性能影响因素进行研究与分析,并通过试验进行验证.研究结果表明,环氧涂层对钢绞线疲劳性能具有明显的改善作用,夹片锚固方式对钢绞线表面造成的咬痕在应力幅较高时(400 MPa),对钢绞线疲劳性能产生的不利影响将会表现出来,普通钢绞线无法满足400 MPa疲劳应力幅需求.研究结果对拉索疲劳性能的改善提升具有重大意义,有利于提升桥梁拉索的安全裕度与使用寿命.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】4页(P226-229)【关键词】应力幅;400MPa;钢绞线;疲劳;锚固方式【作者】雷欢;邹易清;覃巍巍;苏韩;韦耀淋【作者单位】柳州欧维姆机械股份有限公司,广西柳州 545005;柳州欧维姆机械股份有限公司,广西柳州 545005;柳州欧维姆机械股份有限公司,广西柳州 545005;柳州欧维姆机械股份有限公司,广西柳州 545005;柳州欧维姆机械股份有限公司,广西柳州 545005【正文语种】中文【中图分类】TG115.57桥梁是关系社会和国家经济协调发展的生命线，在国家大力倡导的“一带一路”的建设中，基础设施的互联互通是先导，而桥梁则是实现交通基础设施互联互通网络的重要枢纽。
随着国民经济发展和交通工程发展的加速，桥梁工程建设规模也不断加大，随之对桥梁用拉索的技术要求也越来越高。
斜拉索疲劳设计一般不用活载满值，而是取（0.5～0.6）倍的活载应力幅值[1]，一般公路实测活载强度仅达到设计活载的13%，特殊情况下达到37%[2]。
而随着桥梁技术的发展，对拉索的疲劳性能需求不断提升，其疲劳应力幅从100多兆帕提升至200多兆帕，某些工程更是达到400 MPa以上。
长期主动变位下FAST索网支承结构疲劳寿命分析
球面变位至 抛 物 面，即 调 节 照 射 范 围 内 的 促 动 器 将 照射范围内的主索网节点从基准球面调整至指定抛 物面位置，同时为克服地球自转影响进行跟踪观测， 抛物面在基准球面上自西向东移动（ 实际地球南北 轴有一定倾斜角度，并不是严格自西向东直线移动， 为简化 计 算 程 序，文 中 未 考 虑 由 此 产 生 的 角 度 误 差） ，直至无法跟踪观测（ 图 2） 。跟踪过程即为跟随 所观测天体的运动连续地将对应照射区域内的主索 节点实时调 整 至 指 定 抛 物 面 位 置，而 抛 物 面 外 的 主 索节点则恢复至基准态（ 实为对应控制下拉索的促 动器恢复至基准态） 。
1860MPa级1×19—28.6低松弛预应力钢绞线研制’
收缩 率大于 ３ ％的 ０ ４ｍ ２ ０ １ ｍ８ Ｂ专用盘条 ； 将盘条在质量分数１ ％ ～ ０ ５ ２ ％盐酸溶液 中去 除氧化铁皮后 ， 进入磷酸二 氢锌 为主液的槽 中进行磷化 处理 ， 然后浸入 ９ ０—１０℃的皂 液中皂 化 ， ０ 最后 在 １０℃左 右的烘箱 中烘干 ； 拔钢丝 ０ 拉 时严格按盘条轧 制方向顺 向拉拔 。给出捻制稳定 化工艺参数 ： 捻距 ４０ｍｍ， ０ 捻制速度 ２ ／ ｉ， ５ｍ ｒｎ 张力 ３０ｋ 温度 ａ ３ Ｎ， ３ ５～ ９ ８ ３０ｏ Ｃ。试验 结果表明 ， 采用上述工艺研制 的钢绞线抗拉强度 为 １８８～１ ０ ａ 延伸 率为 ６０ ～ ． ％ ， ６ ４ＭＰ ， ９ ．％ ８５
２ ｎｖｒｔ ｏ ｃ ｎｅａ ｄＴｃｎｌ ｙＢ ｉｎ Ｂ ｉ ｇ １０ ８ ， ｈｎ ） ．Ｕ ｉ ｓｙ ｆＳｉ ｃ ｎ ｅｈｏｏ ｅｉ ｅ ｉ ｅ ｇ ｊ ｇ， ｅ ｎ ００ ３ Ｃ ｉ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｎｒ ｄ ｃ ｈ ｅ ｅ ｒｈ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆ １ ８ ０ ＭＰ ｒ ｄ ×１ — ２ ． ｏ ｅａ ａｉｎ ｐ ｅ ｓｒ ｓ ｅ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｏ ｉ ｔ ｕ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｏ ６ ａ ｇ ａ ｅ １ ｏ ９ ８ ６ ｌｗ ｒｌ ｘ ｔ ｒ —ｔｅ ｓ ｄ ｓｅ ｌ ｏ ｓ ａ ｄ Ｃ ｏ ｓｎ ｉｍｅ ｅ ４ ｍｍ ８ Ｂ ｗ ｒ ｏ ｔ ｎ ｉ ｔｅ ｇｈ １ ０ ａ ａ ｄ ｐ ｒ ｅ ｔ ｇ ｅ ｕ ｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｏ ｅ ０ ｔ ｎ ． ｈ ｏ ｉ ｇ ｄ ａ ｔｒ １ ２ ｉｅｒ ｄ ｗｉ ｔ ｓｌ ｓｒｎ ｔ ０ ＭＰ ｎ ｅｃ ｎ ａ ｅｒ ｄ ｃｉ ｆ ｅ ｖ ｒ３ ％ ｒ ｈｅ ｅ ３ ｏ ａ
预应力混凝土用钢绞线
预应力混凝土用钢绞线1 范围本标准规定了预应力混凝土用钢绞线的分类、尺寸呢、外形、质量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书等。
本标准适用于由冷拉光园钢丝及刻痕钢丝捻制的用于预应力混凝土结构的钢绞线（以下简称钢绞线）。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法GB/T 5223 预应力混凝土用钢丝GB/T 10120—1996 金属应力松弛试验方法GB/T 175005 钢及钢产品交货一般技术要求YB/T 146 预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条YB/T 170 制丝用非合金钢盘条3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准3.1标准型钢绞线standard strand由冷拉光园钢丝捻制成的钢绞线。
3.2刻痕钢绞线indented strand由刻痕钢丝捻制成的钢绞线。
3.3模拔型钢绞线compact strand捻制后再经冷拔成的钢绞线。
3.4公称直径nominal diameter钢绞线外接圆直径的名义尺寸。
3.5稳定化处理stabilizing treatment为减少应用时的应力松弛，钢绞线在一定张力下进行的短时热处理。
4 分类和标记4.1 分类与代号钢绞线按结构分为5类，其代号为：用两根钢丝捻制的钢绞线1×2用三根钢丝捻制的钢绞线1×3用三根刻痕钢丝捻制的钢绞线1×3 I用七根钢丝捻制的标准型钢绞线1×7用七根钢丝捻制又经过模拔的钢绞线（1×7）C4.2 标记4.2.1 标记内容按本标准交货的产品标记应包括下列内容：预应力钢绞线，结构代号，公称直径，强度级别，标准号。
大跨度梁结构预应力施工技术研究
大跨度梁结构预应力施工技术研究发布时间：2022-12-27T08:39:46.964Z 来源：《工程建设标准化》2022年16期8月作者：刘翔宇、陈祥杰、林沧瑜[导读] 预应力混凝士构件在工程中应用非常广泛，它在减轻结构自重刘翔宇、陈祥杰、林沧瑜中铁建工集团第五建设有限公司摘要：预应力混凝士构件在工程中应用非常广泛，它在减轻结构自重，提高抗震、抗裂能力，充分发挥材料的强度，改善构件受力性能和扩大钢筋使用范围等方面都具有良好的效果。
加强梁结构预应力工程的施工技术的研究是十分必要的。
本文作者结合多年来的工作经验，对站房承轨层大跨度梁结构预应力工程的有粘结预应力技术施工进行了研究，具有重要的参考意义。
关键词：有粘结预应力、大跨度、预应力张拉1工程概况新建广州白云站综合交通枢纽建筑总规模按45.3万平米设计。
白云站站型为线正上式特大型旅客车站，站场规模11台24线，其中国铁车场10台22线，城际车场1台2线。
设高架候车室及东、西线侧站房，在车场上方高架层设上盖平台，在高架候车室南北两侧布置旅客集散广场（“呼吸广场”）、市政交通落客车道、盖上综合开发平台。
地下设出站厅、地下进站厅、停车场及社会通廊。
旅客流线采用上进下出与下进下出结合的进出站流线。
预应力工程对应施工范围是：基础面至-2.4m地下室连续外墙、-2.4m承轨层、9.8m高架层、18.3m上盖平台（转换层），其预应力相关信息如下表。
板缓粘结 21.8 18602预应力工程特点2.1结构特点本工程大跨度梁采用了有粘结预应力技术、缓粘结预应力技术，板采用了无粘结预应力技术、缓粘结预应力技术。
地下室连续外墙、高架层梁中采用规格直径为21.8mm缓粘结预应力钢绞线，控制梁挠度、裂缝并承担承载力。
承轨层采用型钢柱与预应力梁组合结构，梁中预应力筋根数多、线型复杂，不易布置。
预应力筋需全部穿过钢骨柱，节点处理复杂，难以处理。
1.梁中部分采用有粘结预应力筋为s15.20mm，高强1860级国家标准低松弛预应力钢绞线，其标准强度fyk=1860N/mm2，预应力筋张拉控制应力con=1395N/mm2。
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国产1860级低松弛预应力钢绞线疲劳性能研究铁道部科学研究院铁建所 马 林 摘 要 阐述钢绞线疲劳破坏机理,介绍国外钢绞线疲劳试验研究成果,分析最近完成的20多组国产钢绞线的疲劳试验结果,提出国产1860级低松弛预应力钢绞线S -N 曲线和疲劳强度特征值。
关键词 高强度 低松弛 预应力 钢绞线 疲劳1 概述“八五”期间,铁道部建设司曾组织对预应力钢绞线疲劳性能进行试验研究。
由于当时我国钢绞线生产工艺水平还较低,工程上大量使用的是1570级普通松弛钢绞线,因此疲劳性能的试验研究只能针对这类钢绞线。
自1986年引进第一条低松弛钢绞线生产线后,我国钢绞线生产进入了一个新的发展时期。
10年间相继引进了近20条高强度低松弛钢绞线生产线,并陆续投产,产品的质量和产量稳步提高;同时与之相配套的锚夹具和张拉设备也日趋成熟和完善。
目前,国产1860级低松弛钢绞线已在工程上广泛应用,但对其疲劳性能尚未进行过系统的试验研究,有关规范也未规定相应的设计疲劳强度值。
为此,结合国外同类产品疲劳性能的研究成果,在调查国内有关厂家的钢绞线生产与质量状况的基础上,选择有代表性的试样,系统地进行了疲劳性能的试验研究,提出1860级低松弛预应力钢绞线S -N 曲线和疲劳强度特征值。
2 钢绞线疲劳破坏机理大量钢绞线疲劳破坏试验研究结果表明,钢绞线的疲劳强度和疲劳破坏机理不同于高强度钢丝。
钢丝的疲劳破坏主要是由钢丝表层缺陷引起,而钢绞线则主要由各钢丝间的擦伤疲劳(f retting fatigue)引起。
擦伤疲劳最早是在机械工程中发现的,其破坏是由变化的轴向应力、摩擦应力、侧向压力和滑移等因素共同作用所引起。
“擦伤”是指在上述重复荷载作用下材料发生摩损、腐蚀,促使表面裂缝提前出现。
擦伤疲劳破坏机理可用图1表示。
2个物体受到侧向力Q 的夹紧作用,即使这个侧向力很小,在2个粗糙的内表面之间也会产生极大的局部接触压应力,其值往往大于材料本身的弹性极限,引起局部的塑性变形;在重复荷载作用下接触面之间出现相对位移0.1～300μm ,金属表面的氧化膜很快被擦掉,在局部侧向压力作用下,2个粗糙的表面很容易被熔合成一体(也称冷焊接);每次接触表面相对滑移,使熔合在一起的这些接触点产生破坏并又形成新的熔合点,从而产生表面磨损并引起表面开裂。
此后裂缝发展速度与钢丝疲劳破坏相似,主要取决于轴向应力的变化幅度。
钢绞线通常是由1根中心丝和6根边丝捻制而成,相互接触,并存在一定的接触压力,这些拔制的钢丝并不是理想的圆截面,表面也不是理想状态的光滑,而是有一定的椭圆度和粗糙度;因此,对于钢绞线这样的多元体系材料,正常情况下其疲劳性能主要取决于接触表面之间的擦伤疲劳,疲劳强度通常低于钢丝。
图1 擦伤疲劳破坏机理3 国外钢绞线疲劳试验研究成果在相同试验条件下,试件的自由长度会影响钢绞线疲劳试验结果的离散性。
试件越长,越能代表实际结果。
图2为瑞士联邦材料试验室(EM PA)进行的不同试件长度第一根钢丝破断时疲劳寿命分布的试验结果。
钢绞线疲劳加载下限应力为0.51f ①pu ,疲劳应力幅为350M Pa;试件长度分为1、2m 和10m 三种,相应的加载频率分别为3.5、3.5Hz 和 2.1Hz 。
其中短试件的疲劳寿命离散性大;基于以上现象,钢绞线疲劳性能试验应尽可能采用较长的试件。
EM PA 对60根不同长度钢绞线疲劳断口检查证实,钢绞线疲劳源绝大多数发生在边丝与边丝接触表面上。
断口检查结果见表1。
从表121国产1860级低松弛预应力钢绞线疲劳性能研究——马 林①f pu 是国际通用的钢绞线标准抗拉强度的符号,对1860级钢绞线f pu =1860M PaDOI:10.13238/j.i ssn.1004-2954.2000.05.006可看出随试件长度的降低,疲劳破坏起因于钢丝表层原始缺陷的比例增大。
图2 不同试件长度钢绞线疲劳寿命分布表1 两类疲劳破坏断口的试样根数比较试件长度/m疲劳源位置钢丝表层原始缺陷2根钢丝接触表面0.53111.06*72.021410.0116总计1248 *制造和运输过程中钢绞线表面可能有损伤。
美国得克萨斯大学Paulso n 等人,在对不同厂家生产的700余根钢绞线疲劳试验结果的统计分析和补充试验的基础上,也提出过270级(相当于我国1860级)钢绞线(A ST M A416)的S -N 曲线,其表达式为:log N =13.93- 3.5log Δe (1)式中 N ——疲劳寿命,次; Δe ——疲劳应力幅,M Pa 。
当N =2×106时,Δe =151M Pa(99.7%保证率)。
4 国产1860级低松弛预应力钢绞线疲劳性能试验从1860级低松弛钢绞线生产企业的调查情况来看,国产盘条正逐步取代进口盘条,冶金系统也已制定了盘条的国家标准,国产盘条已可满足生产1860级低松弛预应力钢绞线的要求。
因此,在征求冶金系统意见后并考虑到盘条国产化的趋势和试件的代表性,确定本次疲劳试验试件主要选用新华金属制品股份有限公司的产品,其盘条为马鞍山钢铁公司产品,生产盘条的钢坯为宝山钢铁公司产品。
另外还选用了天津市第一预应力钢丝有限公司和秦皇岛预应力钢绞线联营公司的钢绞线作对比性试样。
试验是在瑞士Amsler 500kN 疲劳机上进行;考虑到试件长度对钢绞线疲劳寿命离散性的影响,本次试验取试件长度为2750mm;两端采用特制夹具进行锚固,加载频率4Hz 。
试件钢绞线破断荷载270.1kN ,伸长率5.0%,弹性模量2×105M Pa根据我国铁路桥梁17套标准图(包括采用1860级低松弛钢绞线标准梁图)的统计,疲劳应力下限在0.50～0.51f pu 之间,本次疲劳试验所采用的疲劳下限应力定为e min =950M Pa,选择Δe =390、360、315、270、225、195M Pa 六种应力幅进行疲劳加载;每种应力幅计划有效试验结果3个,共进行了40个试件的试验,其中有效试件23个。
试验结果列于表2和图3。
表2 1860级钢绞线疲劳试验M Pa 序号应力上限应力下限应力幅疲劳寿命/万次1234567891011121314151617181920212223134013101265122011751145134013101265117511459509509509509509509503903603152702251953903603152251958.913.28.215.012.211.320.133.420.735.045.335.662.498.061.273.588.5197.08.512.028.249.0200.0注:①表中序号1～18为江西新华金属制品公司产品,序号19、20、22为秦皇岛钢绞线联营公司产品,序号21、23为天津市第一预应力钢丝公司产品; ②断口部位均在试件中间,序号23未断; ③疲劳源位置除序号9、21在边丝自由表面外,其余均在边丝与边丝接触面。
5 试验结果分析(1)1860级低松弛预应力钢绞线S -N 曲线采用双对数关系进行疲劳试验结果分析,对表2中18组数据的回归结果如下:22铁道标准设计 2000年5月第20卷第5期log N =14.07- 3.498log Δe (2)取99.7%保证率后,则可写成:Log N =13.84- 3.498log Δe (3)根据以上分析,建议我国1860级低松弛预应力钢绞线S -N 曲线表达式为:log N =13.84- 3.5log Δe (4)当N =2×106时,Δe =143M Pa(2)对表2中3个厂家的22个钢绞线试件进行统计分析,结果如下:log N =14.01- 3.475log Δe (5)取97.7%保证率后,则可写成:log N =13.78- 3.475log Δe(6)图3 疲劳试验结果 当N =2×106时,Δe =142M Pa 。
对比式(4)、(6),两者基本一致,说明取式(4)为我国1860级低松弛钢绞线S -N 曲线的表达式是合理的。
将式(4)、(6)与国外钢绞线疲劳试验结果式(1)进行比较,从S -N 曲线的截距和斜率来看,3条曲线基本一致。
(3)钢绞线疲劳源绝大部分出现在边丝与边丝的接触面上,个别出现在自由表面上。
说明国产钢绞线疲劳破坏特征与国外钢绞线疲劳试验结果相一致,证实钢绞线的疲劳破坏主要是由于钢绞线边丝与边丝之间的擦伤疲劳引起的。
6 对开裂截面钢绞线疲劳应力幅限值的建议本次为空气中1860级低松弛钢绞线的疲劳性能试验。
根据近年来各国的研究结果,对于容许开裂的部分预应力混凝土结构,由于在开裂截面上存在预应力筋与管道之间的擦伤疲劳损伤,预应力筋的疲劳强度会降低。
美国得克萨斯州立大学对空气中和开裂截面上的1860级低松弛钢绞线对比试验结果表明,开裂截面上钢绞线疲劳应力幅为空气中的73%。
德国慕尼黑工大、亚琛工大和瑞士苏黎世工大也先后对空气中和开裂截面上预应力筋的疲劳性能进行了对比试验研究,开裂截面上预应力筋疲劳强度也有较大降低;对钢绞线而言,开裂截面上预应力筋疲劳应力幅为空气中的64%。
美国各州公路和运输工作者协会(A A SHTO )1994年制定的《美国公路桥梁设计规范》规定,对管道曲线半径大于9m ,预应力钢绞线疲劳应力幅限值为125M Pa;对管道曲线半径小于 3.6m,预应力钢绞线疲劳应力幅限值为70M Pa 。
1992年版《日本铁路结构设计标准和解释—混凝土结构》规定,预应力钢绞线疲劳应力幅值为125M Pa (e m in =0.51f pu )。
鉴于目前国内尚未开展过这方面的研究,参照国外的研究结果和国外规范的取值,结合国产1860级低松弛钢绞线在空气中的疲劳试验结果,建议对开裂截面上1860级低松弛钢绞线疲劳应力幅限值Δe 暂取105M Pa 。
7 结论与建议(1)钢绞线的疲劳强度和疲劳破坏机理不同于高强钢丝,钢绞线的疲劳破坏主要由其各组成钢丝接触面之间的擦伤疲劳损伤引起,疲劳强度要低于高强钢丝。
分析表明,钢绞线疲劳试验应尽可能采用较长的试件。
(2)国产1860级低松弛预应力钢绞线S -N 曲线表达式建议采用log N =13.84- 3.5log Δe ,疲劳应力幅特征值Δe =143M Pa;对不容许开裂的预应力混凝土结构,疲劳应力容许幅值建议为140M Pa 。
(3)对于容许开裂的部分预应力结构,由于存在钢绞线与管道之间的擦伤疲劳损伤,钢绞线疲劳应力幅取值还应降低。
鉴于国内尚无开裂截面的预应力钢绞线疲劳试验资料,根据国外试验结果和国外设计规范取值,建议暂取疲劳应力容许幅值Δe =105M Pa 。
(4)目前我国1860级低松弛钢绞线生产厂家较多,而国家标准对钢绞线的疲劳性能要求尚未作出规定,因而厂家对疲劳性能还没有引起足够的重视。